[論文レビュー] Scalar gluons and Dirac gluinos at the LHC

S. Choi, J. Kalinowski+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 10, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、ディラックグルーコスの補助場としてのスカラーグルーオン（sgluon）を予測するハイブリッドN=1/N=2超対称モデルを提案する。sgluonは大きな色荷を有するため、LHCで多数生成される可能性がある。標準的SUSYとは異なり、sgluonの崩壊は、例えば8本のジェットに加え4つのニュートラリノ、または4つのトップクォークを伴う特徴的なマルチジェットおよび欠落エネルギーの署名を生じる。これにより、標準模型および従来のSUSY背景と明確に区別可能であり、直接的な質量再構成が可能となる。

ABSTRACT

The hybrid N=1/N=2 supersymmetric model predicts scalar gluons (sgluons) as SUSY partners of the Dirac gluino. Their strikingly distinct phenomenology at the CERN Large Hadron Collider is discussed.

研究の動機と目的

• 追加の隣接チャイナルスーパーマルチプレットを介して実現されるディラックグルーコスを有するハイブリッドN=1/N=2超対称モデルにおけるスカラーグルーオン（sgluon）の素粒子物理学的性質を調査すること。
• LHCにおいてディラックグルーコスとメジャナナグルーコスを区別する課題に取り組み、SUSY素粒子物理学における主要な実験的目標を達成すること。
• 標準的SUSY粒子生成と顕著に異なる、実験的に検出可能なsgluonの独自の署名を同定すること。
• 特定の最終状態における運動量分布からのsgluon質量の直接的再構成可能性を評価すること。
• ループ誘導過程による単一sgluon生成の可能性を評価し、SM背景上での検出可能性を検討すること。

提案手法

• グルーコス系が追加の隣接チャイナルスーパーマルチプレットを介してN=2に拡張されるハイブリッドN=1/N=2 SUSYモデルを構築し、スカラーパートナー（sgluon）と第二のグルーコス場を導入する。
• 2つのグルーコスのソフトSUSY破れ質量行列を導入し、パrameterized混合機構を用いてディラックとメジャナナの極限の間を滑らかに遷移可能にする。
• QCDに基づくパートンレベル過程 $q\bar{q} \to \sigma\sigma^*$ および $gg \to \sigma\sigma^*$ を用いてLHCにおけるsgluon対生成断面積を計算し、断面積の明示的式（式13–14）を提示する。
• sgluonの崩壊チャネルを分析し、$\sigma \to \tilde{g}\tilde{g}$、$\sigma \to \tilde{q}\tilde{q}^*$、$\sigma \to gg$ などの主要モードとそれらが生じる最終状態に注目する。
• 特に高ジェット多重度および欠落横断運動量を伴う最終状態をシミュレートし、標準的SUSYおよびSM背景と比較する。
• 特に急速度領域の中央部におけるジェットペアリングを用いた、$gg+gg$および$t\bar{t}+t\bar{t}$最終状態におけるsgluon質量の直接的運動量再構成の可能性を検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCにおけるディラックグルーコスモデルにおけるsgluonの独自の生成および崩壊署名は何か？
• RQ2 sgluon対生成および単一生成断面積は、ストップやスバットなどの標準的SUSY粒子と比べてどの程度か？
• RQ3 $gg+gg$ や $t\bar{t}+t\bar{t}$ などの特定の最終状態において、運動量分布からのsgluon質量の直接的再構成は可能か？
• RQ4 大規模なSMおよびSUSY背景が存在する中で、ループ誘導過程による単一sgluon生成の検出可能性はいかがなものか？
• RQ5 4つのLSPおよび高ジェット多重度（例：8本のジェット）を伴う最終状態は、従来のSUSY信号とどのように区別されるか？

主な発見

• sgluon対生成断面積は、色荷が大きく、500 GeVから2 TeVの質量範囲で数ピコバーンに達するため、ストップやスバット対生成断面積を10倍以上上回る。
• 主要崩壊モード $\sigma \to \tilde{g}\tilde{g}$ は、少なくとも8本のハードジェットと4つの見えないLSPを伴う最終状態を生じ、高い球対称性と大きな欠落横断運動量を示し、特徴的な署名を形成する。
• $m_{\tilde{q}} \lesssim m_{\tilde{g}}$ かつ $L$-$R$混合が顕著な場合、$\tilde{t}_1\tilde{t}_1\tilde{t}_1^*\tilde{t}_1^*$ や $\tilde{q}\tilde{q}^*\tilde{g}\tilde{g}$ などの最終状態が支配的となり、追加の発見チャネルを提供する。
• $gg+gg$最終状態では、中央の急速度領域における4つの最もエネルギーの高いジェットをペアリングすることで、欠落 $E_T$ がなく、sgluon質量の直接的再構成が可能となり、クリアな署名を形成する。
• $t\bar{t}+t\bar{t}$最終状態も直接的質量再構成が可能であり、グルーコスおよびスクォークへの2体崩壊が運動論的に禁止される場合には支配的になる可能性がある。
• $L$-$R$スクォーク混合が顕著な場合、ループ誘導過程による単一sgluon生成断面積は有意義な大きさに達する可能性があるが、SM背景上での検出可能性は詳細なシミュレーションによる確認が必要である。